Question

5．生態(tài)農業(yè)涉及農家廢料的綜合利用，某種肥料經發(fā)酵得到一種含甲烷、二氧化碳、氮氣的混合氣體．2.016L（標準狀況）該氣體通過盛有足量紅熱CuO粉末的硬質玻璃管，發(fā)生的反應為：CH₄+4CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂+2H₂O+4Cu．當甲烷完全反應后，硬質玻璃管的質量減輕4.8g．將反應后的氣體通過過量的澄清石灰水中，充分吸收，生成沉淀8.5g．
（1）硬質玻璃管質量減輕的4.8g可理解為氧化銅失去氧元素的質量
（2）原混合氣體的物質的量是0.09mol；原混合氣體中甲烷的物質的量是0.075mol．
（3）原混合氣體中氮氣的體積分數為5.56%．（寫出計算過程）

Answer 1

分析 （1）據CH₄+4CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂+2H₂O+4Cu知，固體減少的質量即為氧元素的質量；
（2）根據n=$\frac{V}{Vm}$計算混合氣體的物質的量；發(fā)生的反應為：CH₄+4CuO=CO₂↑+2H₂O↑+4Cu，當甲烷完全反應后，硬質玻璃管的質量減輕4.8g，可知減少的質量為氧元素的質量，利用差量法計算甲烷的物質的量；
（3）氣體通過過量的澄清石灰水中，二氧化碳全部轉化為CaCO₃，生成8.5g沉淀是CaCO₃，根據n=$\frac{m}{M}$計算碳酸鈣的物質的量，可知反應后的二氧化碳總的物質的量，根據甲烷的物質的量計算反應生成的二氧化碳的物質的量，進而計算原混合氣體中二氧化碳的物質的量，再計算原混合物中CO₂的體積，進而計算氮氣的體積分數．

解答 解：（1）CH₄+4CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂+2H₂O+4Cu，故玻璃管質量減輕的4.8g，即為氧元素的質量，
故答案為：氧化銅失去氧元素；
（2）混合氣體的物質的量=$\frac{2.016L}{22.4L/mol}$=0.09mol，
設甲烷的物質的量為x，當甲烷完全反應后，硬質玻璃管的質量減輕4.8g，則：
CH₄+4CuO=CO₂+2H₂O+4Cu～△m=64g
 1mol                                               64g
 x                                                    4.8g
$\frac{1mol}{x}=\frac{64g}{4.8g}$解得x=0.075mol，
故答案為：0.09mol；0.075mol；     
（2）原混合氣體中甲烷的物質的量為0.075mol，體積為0.075mol×22.4L/mol=1.68L，故答案為：1.68L；
（3）氣體通過過量的澄清石灰水中，二氧化碳全部轉化為CaCO₃，生成8.5g沉淀是CaCO₃，碳酸鈣的物質的量為$\frac{8.5g}{100g/mol}$=0.085mol，故反應后的二氧化碳總的物質的量為0.085mol，甲烷反應生成的二氧化碳的物質的量為0.075mol，故原混合氣體中二氧化碳的物質的量為0.085mol-0.075mol=0.01mol，原混合物中CO₂的體積為0.01mol×22.4L/mol=0.224L，故原混合氣體中氮氣的體積為：2.016L-0.075mol×22.4L/mol-0.224L=0.112L，w（氮氣）=$\frac{0.112L}{2.016L}×100%$=5.56%，
故答案為：5.56%．

點評 本題考查了混合物的有關計算，難度中等，（3）注意反應后的二氧化碳全部轉化碳酸鈣沉淀，因為氣體通過過量的澄清石灰水中，據此進行計算．